Reconstructie van de temperatuur anomalie uit antropogeen CO2

Reconstructie van de temperatuur anomalie uit het antropogeen CO2-gehalte

Inleiding

In dit artikel zullen we aantonen dat je de temperatuur anomalie, dat is de afwijking van de gemiddelde temperatuur van het oppervlakte van de aarde ten opzichte van een basisperiode, kunt reconstrueren uit de antropogene toename van het CO2-gehalte. De opwarming van de Aarde kan men  met behulp van een simpele regressie analyse reconstrueren uit de stijging van het CO2-gehalte van de atmosfeer. Maar hoewel de overeenkomst tussen oorzaak antropogeen CO2 en gevolg de opwarming van de Aarde heel goed overeen lijkt te komen zijn er toch wel wat kanttekeningen te plaatsen. Voornaamste bezwaar is dat je maar 1 mogelijke oorzaak onderzoekt. Je neemt aan dat CO2 alles verklaart en alle andere mogelijke oorzaken tegen elkaar wegvallen. Dit is mogelijk maar niet onderzocht. Je beperkt je tot 1 extreem in het verklaren van de opwarming namelijk dat je de hele opwarming kunt verklaren uit CO2. Het andere extreem is dat de opwarming van de Aarde door een of meerdere andere oorzaken kan worden verklaard en dat CO2 niets verklaard en het slechts een schijnverband betreft. De waarheid zal zoals meestal wel ergens in het midden liggen namelijk dat CO2-gehalte een deel van de opwarming verklaard. Een ander probleem zijn diverse trendbreuken in zowel de temperatuur als wel in de CO2 reeks. Dit levert een aantal deelperioden op met wat vreemde uitkomsten voor het verband tussen CO2 en de temperatuur. Het lijkt toch niet zo simpel te zijn als vaak wordt voorgesteld en dat heeft gevolgen voor het vermogen om voorspellingen te doen op grond van scenario’s over toekomstige temperaturen. Dit alles laat onverlet dat je de temperatuur ontwikkelingen heel goed kunt reconstrueren uit de CO2 ontwikkeling. En dat is het onderwerp van dit onderzoek. We sluiten het geheel af met de conclusies en een relevante literatuurlijst.

De gebruikte data  en methode

De gebruikte data bestanden zijn HADCRUT 4.5 voor de temperatuur anomalie en voor CO2-gehalte de Mona Loa Keeling curve op jaarbasis vanaf 1959 en Law Dome voor de periode voor 1959. De methode voor de reconstructie is een simpele lineaire regressie analyse van antropogeen CO2-gehalte naar temperatuur anomalie. Met behulp van de vergelijking die hier uit voortkomt is de temperatuur gereconstrueerd uit het antropogeen CO2-gehalte. De tijdreeksen verlopen van 1850 tot de meest recente data die voor handen was.

Omdat we voor de temperatuur anomalieën gebruiken, dat wil zeggen afwijkingen die de opwarming van de Aarde aangeven, heb ik bij het CO2-gehalte gebruik gemaakt van het begrip antropogeen CO2. Dat is de door de mens veroorzaakte afwijking van het natuurlijk CO2-gehalte zoals dat bestond voor de Industriële Revolutie. In een eerder onderzoek is dit gehalte op 275 ppm vastgesteld. Antropogeen CO2-gehalte van een bepaald jaar is het daadwerkelijk gehalte minus 275 ppm. Op deze wijze wordt het antropogene dat wil zeggen door de mens veroorzaakte verandering benadrukt.

De tijdreeksen

We beginnen met het weergeven van de beide tijdreeksen. Zie figuur 1;

fig-1-tijdreeks-co2-temp-1850

Figuur 1 – De tijdreeksen

Uit de regressie vergelijking is op te maken dat de trendmatige opwarming over de afgelopen 170 jaar 0,005°C per jaar is geweest. Dat is als de opwarming op het zelfde tempo doorgaat dus 0,5°C extra er bij aan het eind van de eeuw. De regressie vergelijking van de temperatuur anomalie, dat is de afwijking van de gemiddelde temperatuur ten opzichte van het gemiddelde van de basis periode 1961-90, heeft al een hoge correlatiecoëfficiënt naar de tijd. Maar het laat vermoeden dat de opwarming van de Aarde eerder exponentieel is dan lineair. De waarden in het begin liggen veelal boven de lijn. De punten in het midden liggen eerder onder de lijn en de punten aan het eind van de periode liggen weer duidelijk boven de lijn. De stijging van het antropogeen CO2 is beslist niet lineair. Het verloopt vrij langzaam in het begin maar na 1945 stijgt het heel snel. Het stijgt nog steeds ondanks alle goede maar helaas volstrekt vrijblijvende bedoelingen om de CO2 emissies te reduceren. De verwachting is dat het voorlopig wel zal blijven toenemen. De temperatuur over de onderzochte periode is al ruim 1°C gestegen. In het Klimaatverdrag van Parijs is afgesproken dat het niet meer mag stijgen dan met 2°C en wordt door wetenschappers aan geraden om de opwarming tot 1,5°C te beperken. Het lijkt onwaarschijnlijk dat dat nog gaat lukken. Daar voor wordt er te weinig gedaan aan maatregelen. Het blijft te veel beperkt tot mooie woorden. Papier is geduldig maar zal het Klimaat dat ook zijn voor allerlei onheil over ons los barst?

De samenhang

Wat we willen weten is wat de samenhang is tussen de oorzaak antropogeen CO2 en het gevolg de temperatuur stijging. Hiervoor gebruiken we een simpele lineaire regressie analyse. Het resultaat ziet u in figuur 2;

fig-2-verband

Figuur 2 – De samenhang

Wat dit figuur aan geeft is dat de samenhang tussen antropogeen CO2 en de temperatuur stijging heel hoog is. Een correlatie coëfficiënt van 0,82 is heel goed. Het laat niets te wensen over. Wat de regressie vergelijking zegt is dat voor iedere stijging van het antropogeen CO2  met 1 ppm er een temperatuur stijging te verwachten valt van 0,009°C. Het is een heel simpele rekensom. En dat is waar je in de wetenschap naar streeft namelijk een zo simpel mogelijk model dat nog lijkt te werken ook en bij voorkeur een verklarende variabele heeft die je eenvoudig kunt sturen in bijvoorbeeld scenario’s over wat de toekomst zal brengen. In dit model is er maar 1 variabele die de opwarming lijkt te bepalen en dat is het antropogeen CO2. En dit is weer af te leiden uit CO2-emissies die samenhangen met het verbruik van fossiele brandstoffen als aardgas, steenkool en aardolie producten als benzine en diesel. Hoeveel beter kun je het krijgen als het echt zo simpel zou kunnen zijn. Met behulp van deze regressie vergelijking kun je in elk geval proberen of je de temperatuur anomalie vanaf 1850 kunt reconstrueren. Daar gaar de volgende paragraaf over.

De reconstructie

Uit deze regressie vergelijking gaan we proberen om de temperatuur stijging te reconstrueren uit het antropogeen CO2. Het resultaat ziet u in figuur 3;

fig-3-reconstr-temp-co2

Figuur 3 – De reconstructie

Het is duidelijk dat de reconstructie van de temperatuur stijging uit antropogeen CO2 veel beter overeenkomt met de werkelijk opwarming van de Aarde dan een simpele regressie naar de tijd zoals dat uit figuur 1 naar voren kwam. De opwarming van de Aarde verloopt eerder exponentieel dan lineair en dat betekent dat de meest pessimistische scenario’s over de opwarming van de Aarde beslist tot de mogelijkheid behoren. Is nu alles opgelost en niets meer te vermelden? Niet helemaal. Er zijn een aantal bezwaren aan te voeren tegen het beeld dat figuur 3 lijkt op te roepen. Daarover gaat de volgende paragraaf.

Bezwaren

Het lijkt er op dat je de temperatuur anomalie prima kunt reconstrueren uit het antropogeen CO2-gehalte. Als je ook de relatie tussen de emissies en de stijging van het antropogeen CO2 kunt verklaren heb je een perfect model om bijvoorbeeld vast te stellen hoeveel de CO2 emissies omlaag moeten om er voor te zorgen dat we de afspraken vastgelegd in het Klimaatverdrag van Parijs kunnen halen. Maar klopt dit beeld wel zo goed als het lijkt te doen? Zijn er bezwaren tegen?

Er zijn twee belangrijke bezwaren tegen deze voorstelling van zaken. Een heeft betrekking op het toewijzen van de opwarming door de stijging van het CO2-gehalte. Het andere bezwaar heeft te maken met de trendbreuken die zich voor doen in beide tijdreeksen.

Probleem van toewijzing

Het eerste probleem bij de voorstelling van zaken dat we de temperatuur kunnen verklaren uit antropogeen CO2 is dat we net doen of de opwarming van de Aarde alleen toe kunnen schrijven aan antropogeen CO2 en net doen alsof alle andere mogelijke oorzaken voor opwarming tegen elkaar wegvallen. Nu is dat best wel mogelijk dat dit zo is maar dat is niet onderzocht. Deze voorstelling van zaken geeft slechts het ene extreem aan als het op verklaren aan komt. Namelijk dat CO2 alles verklaart. Het andere extreem is dat de opwarming in zijn geheel door een of meer andere oorzaken kan worden verklaard en dat CO2 helemaal niets heeft bij gedragen en dat het verband tussen CO2 en de temperatuur slechts een schijnverband is. Zoals meestal zal de waarheid wel ergens in het midden liggen. Wat ik zelf niet onderzocht heb is wel door anderen gedaan. Het IPCC heeft een tabel gemaakt waarin ze de afzonderlijk oorzaken tegen elkaar afwegen. Hun oordeel is dat van de 2,29 W/m2 aan extra straling er zeker 1,68 W/m2 valt toe te schrijven aan antropogeen CO2. Dat is dan een bijdrage van zo’n 73%. Dat is aanzienlijk maar verklaart niet alleen de opwarming. Maar zoals in eerder onderzoek van mij is aangetoond heb je aanzienlijk meer extra energie nodig om het oppervlakte van de Aarde met 1°C op te warmen. Als de temperatuur stijgt van 14°C naar 15°C zal het 5 W/m2 extra gaan uitstralen en deze extra uitstraling moet wel ergens vandaan komen. Indien we de extra energie op 5 W/m2 stellen dan draagt antropogeen CO2 iets minder bij aan de opwarming namelijk 34%. Dit is wat je aan antropogeen CO2 kunt toeschrijven. Maar bij eerder onderzoek heb ik ook aangetoond dat de warmte die vrijkomt bij het verbruik van fossiel brandstof misschien niet zo verwaarloosbaar is als algemeen wordt aan genomen. De bijdrage aan antropogene heat flux zoals dit wordt genoemd zou maar liefst 34% hebben bedragen voor het jaar dat Flanner(2009) dit heeft onderzocht. Dit is ook antropogeen en staat onlosmakelijk verbonden met het verbruik van fossiele brandstof. Dus Fossiele brandstof zou rechtstreeks 34% bijdrage door heat flux en nog eens 34% door antropogeen CO2 dat bij de verbranding vrijkomt. Dat is dus opgeteld 68%. En dat is een een flinke bijdrage, in feite het leeuwendeel van alle mogelijke oorzaken van de opwarming van de Aarde. Voor zover dus het probleem van toewijzing.

Probleem van de trendbreuken

In beide tijdreeksen komen een aantal scherpe trendbreuken voor. Voor de temperatuur anomalie vindt je deze voor 1905, een overgang van geen stijging van de temperatuur naar een duidelijke stijging, 1945, een overgang van een stijging naar geen stijging en 1975, een overgang van geen stijging naar een duidelijke stijging van de temperatuur die stand houdt tot op de dag van vandaag. Voor de toename van het CO2-gehalte is er een duidelijke trendbreuk in 1945. Het tempo waarop CO2 toeneemt stijgt enorm. Als we de trendbreuken voor beide tijdreeksen meenemen dan krijgen we een onderverdeling van de periode 1850 tot heden in 4 deelperioden. De eerste loopt van 1850 tot 1905, de tweede loopt van 1905 tot 1945, de derde loopt van 1945 tot 1975 en de vierde en laatste loopt van 1975 tot en met heden. Voor elk van deze deelperioden zullen we het zelfde doen als we gedaan hebben voor de hele periode. We zullen proberen om via regressie analyse een beeld te maken van de samenhang van temperatuur en antropogeen CO2. Het resultaat ziet u in tabel I;

tab-1-deel-perioden

Tabel I – Weergave van de resultaten per deelperiode

Het eerste wat we vast moeten stellen is dat het CO2-gehalte in iedere deelperiode is gestegen. Maar dat geldt niet voor de temperatuur. Deze is alleen in de deelperioden II en IV gestegen. In de deelperioden I en III is de temperatuur zelfs lichtelijk gedaald. Het is duidelijk dat de stelling stijging van het CO2-gehalte leidt tot stijging van de temperatuur te simplistisch is. Alleen als aan zekere randvoorwaarden is voldaan kan een stijging van het CO2-gehalte leiden tot een stijging van de temperatuur. In de deelperioden II en IV werd hier aan voldaan maar in de deelperioden I en III duidelijk niet. Dat blijkt duidelijk uit de correlatiecoëfficiënt R2. Voor de deelperioden II en IV is die hoger dan 0,5 en heeft dus betekenis. Voor de deelperioden I en III is het zo laag dat er geen enkele betekenis aan gehecht kan worden. En dit laatste is gek genoeg de redding van de stelling dat een stijging van het CO2-gehalte onder zekere voorwaarden kan leiden tot een stijging van de temperatuur. Als de regressie analyse voor deelperioden I en II net zo hoog was geweest als in de deelperioden II en IV hadden we deze stelling gerust kunnen verwerpen onder het motto dat als het kan vriezen of kan dooien dan is het duidelijk een schijnverband. Dit is niet zo. Ik zou de stelling willen preciseren dat onder zekere voorwaarden een stijging van het CO2-gehalte kan leiden tot een stijging van de temperatuur. Maar wat zijn deze voorwaarden en zijn deze voorwaarden voorspelbaar. Zo niet dan kunnen we helaas geen zinvolle voorspellingen doen en dus ook geen betrouwbare scenario’s schrijven voor de toekomst want de opwarming die nu al weer 40 jaar aanhoudt kan ook zo van de ene dag op de andere weer tot stilstand komen.

Met de uitkomsten per deelperioden kunnen we nu overgaan tot een reconstructie van de temperatuur per deelperioden en de weergave van de hele periode van 1850 tot heden. Het resultaat is figuur 4;

temp-recon-deel-per

Figuur 4 – Reconstructie temperaturen per deelperiode

Het blijkt heel goed te lukken om de temperatuur te reconstrueren uit antropogeen CO2. De correlatie coëfficiënt is zelfs nog iets hoger dan over de hele periode. Het beschrijvend gehalte is duidelijk gestegen. Helaas is dit wel ten koste gegaan van het voorspellend vermogen. Dat is volledig naar de vaantjes geholpen. Alleen als we de randvoorwaarden kunnen voorspellen is het mogelijk om betrouwbare scenario’s te schrijven. Dat is jammer maar het is niet anders. Ook voor de wetenschap geldt wat niet weet dat niet deert. Maar we weten het nu en dienen verslag te doen van de resultaten van het onderzoek. Wat zijn de randvoorwaarden en hoe goed kun je die voorspellen. Dat weet ik niet. Het valt buiten het bestek van dit onderzoek. Daar is nader onderzoek voor nodig.

Conclusies

Het is heel goed mogelijk om de temperatuur anomalie te beschrijven met een simpel model dat alleen gebruik maakt van de simpelste regressie analyse dat je kunt voorstellen. En toch hoe simpel ook het werkt. Maar het verklarend vermogen van dit model laat duidelijk te wensen over op het moment dat je het op deelt in logische deelperioden. Dan blijkt dat een stijging van het CO2-gehalte alleen tot een stijging van de temperatuur leidt als aan zekere maar onbekende randvoorwaarden is voldaan. Als niet voldaan wordt aan deze randvoorwaarden stijgt de temperatuur niet en laat zelfs een geringe daling zien. Deze daling met gemiddeld 0,0015°C/J heeft dus 667 jaar nodig om de temperatuur met 1 graad Celsius te laten dalen. De opwarming tijdens de deelperioden dat er wel opwarming plaatsvindt gebeurt dit met het tempo van 0,0155°C/J. Dat betekent dat er maar 65 jaar nodig is om de temperatuur met 1°C op te warmen. Het is heel optimistisch om te denken dat het probleem van door de mens veroorzaakte opwarming vanzelf wel zal overgaan. Dat zal niet plaats vinden. Maar men dient wel te bedenken dat zolang de randvoorwaarden die er voor zorgen dat een door de mens veroorzaakte stijging van het CO2-gehalte niet bekend zijn, het voorspellend vermogen van de modellen waar men gebruik van maakt om scenario’s te schrijven, weinig tot niets voorstelt. Wat de randvoorwaarden zijn weet ik niet. Daar is nader onderzoek voor nodig. Maar dat zal altijd nodig zijn. Science is never settled. Gelukkig maar want wat bleef er dan over om je schaarse vrije tijd mee door te komen.

Literatuurlijst

Wikipedia – Hadcrut

Climate research Unit – data

Keeling curve CO2-gehalte

Law Dome CO2 proxies

Wikipedia – Regressie analyse

Wikipedia – Stuksgewijze regressie analyse

Antropogeen CO2 – onderzoeksproject

IPCC – AR5 – Climate Change – The fysical basis

Marc G. Flanner, Intergrating anthropogenic heat flux with global climate models, 2009

Artikel 3, De mogelijkheden van het antropogeen versterkt broeikaseffect

 

Advertenties

Over Raymond Horstman

Onderzoeker, analist, schrijver. Havo B-pakket, HBO analytische chemie en propedeuse Bestuurskunde aan de Universiteit van Twente. Een brede belangstelling in algemene zaken en een bijzondere interesse in klimaatstudies. Mijn woonplaats wordt door een bekend schrijver die er gewoond heeft omschreven als het "onliefelijk stadje E.". Een bekend dichter had het over het einde van de spoorlijn. Het is een fijne stad om in te wonen. Kort samengevat: E. heeft het!
Dit bericht werd geplaatst in artikel en getagged met , , , . Maak dit favoriet permalink.

5 reacties op Reconstructie van de temperatuur anomalie uit antropogeen CO2

  1. Rob Alberts zegt:

    De arrogantie waarmee de inbreng van de mens door velen ontkent, genegeerd en/of gebagatelliseerd wordt. blijft het probleem. De cijfers en feiten kunnen daar niet tegenop.

    Bezorgde groet,

    Liked by 1 persoon

    • Dat klopt. Je gaat de ontkenners niet overtuigen met feiten. Het debat in de wetenschap is al lang voorbij. Het gaat nu om grote belangen die op het spel staan. Oliemaatschappijen verdien miljarden aan aardolie en zijn niet van plan deze super winsten af te staan. Dit geldt ook voor OPEC landen. Politiek gaat ook over wie de transitie gaat betalen (de verliezers) en wie met dit geld bijvoorbeeld gesubsidieerd biomassa mag mee stoken (de winnaars). De meeste mensen zijn echt wel overtuigd van de noodzaak van maatregelen maar zien liever dat iemand anders de rekening gaat betalen.

      Liked by 1 persoon

  2. Pingback: Opmerking | Raymond FANTASTische Horstman

  3. Pingback: Heeft de Aarde nu wel of niet een broeikaseffect – Deel 1 – De rekensommen | Raymond FANTASTische Horstman

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit /  Bijwerken )

Google photo

Je reageert onder je Google account. Log uit /  Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit /  Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit /  Bijwerken )

Verbinden met %s

Deze site gebruikt Akismet om spam te bestrijden. Ontdek hoe de data van je reactie verwerkt wordt.